Tema 4 - ecologia geografica y macroecologia PDF

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Resumen del tema 4 de Biogeografía...

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4) ecología geográfica y Macroecología. Escalas de estudio. Complementariedad y anidamiento. Ecología: ciencia dedicada al estudio de la distribución y abundancia de los organismos (Andre Wartha y Birch 1954) Es la ciencia que estudia las interacciones intra o interespecíficas en un determinado tiempo y espacio y la relación de las mismas con la distribución y el número de organismos presentes en el ambiente donde viven, pudiendo enfocarse el estudio en distintos niveles de organización (organismo, población, comunidad, ecosistema, etc.) y contribuyendo al análisis de diferentes causas-efectos producto de las mencionadas relaciones como así también de distintas problemáticas a las cuales intenta dar respuestas. Ecología: Escalas espaciales y temporales pequeñas “Tiempo ecológico”. Biogeografía: escalas grandes “Tiempo evolutivo” Ecología geográfica o biogeografía ecológica: dos tipos principales de investigaciones: 1) las encaminadas a dilucidar los factores que determinan la distribución geográfica de spp. particulares análogas a los estudios de ecología de poblaciones (Rapoport) 2) Análisis de los patrones de ensamblaje de spp. a escalas geográficas análogas a los estudios de ecología de comunidades. Macroecología: aplica el concepto de repartición de recursos surgido en la ecología de comunidades clásica, para explicar patrones de composición y estructura de conjuntos de spp a escalas regionales y continentales. Ambas estudian patrones de distribución, lo que cambia es la escala, la ecología geográfica lo hace en escala pequeña, a nivel de poblaciones o comunidades y en un tiempo corto, ecológico; y la macroecología a nivel de ensambles de spp a nivel regional o continental en un tiempo evolutivo. MacArthur: muchos aspectos de la distribución de las plantas y animales y de los conjuntos de spp pueden entenderse a través del análisis de procesos ecológicos. Practicar la ciencia de la ecología geográfica consiste en buscar patrones de la vida de las plantas y animales que puedan ser dibujados en un mapa. Areografía (Rapoport 1975-1982): Estudio de la forma, tamaño, localización y estructura interna de las áreas de distribución de las plantas y los animales. Las áreas de distribución de las spp pueden predecirse con base en datos climáticos en estudios ecológicos modernos. Una variante es asociar la distribución de especies animales con la disponibilidad de ciertos hábitats, considerados adecuados para la spp. Aprovechando la tecnología de los sistemas de información geográfica, es posible producir modelos predictivos sobre los patrones de distribución de las spp. En base a los estudios areográficos se ha demostrado que los histogramas de las áreas de distribución para faunas regionales o continentales muestran una forma de curva hueca con muchas spp con áreas de distribución restringidas y muy pocas spp con áreas de distribución muy amplias. Regla o efecto de Rapoport: intenta responder por que hay más spp en los trópicos? La tendencia de las spp tropicales a tener áreas de distribución más pequeñas que las de las zonas templadas, se debe a: 1) Mayor capacidad de dispersión de las spp de zonas templadas sumado a

mayor tasa de extinción de las spp de talla mayor en las zonas tropicales. 2) existencia de nichos ecogeograficos más estrechos en las zonas tropicales. Algunos refutan esta regla pero no está totalmente denegada. La regla de Rapoport es un fenómeno aplicable solo a ciertas regiones y a ciertos taxones, ya que tiene muchísimas excepciones. Membresía limitada: Elton 1932. De todas las spp de plantas o animales que potencialmente pueden estar presentes en un sitio dado, solo una fracción de ellas realmente lo hace, por lo tanto deben existir mecanismos selectivos que limitan la presencia de ciertas spp en ciertos lugares. Una forma de explicar esto es teniendo en cuenta la relación entre una fauna regional y una comunidad local, tomando a esta como un subconjunto de los conjuntos regionales de spp. Esto implica que existen mecanismos reales que determinan cuales de las spp presentes en una región (pool de spp) forman parte realmente de una comunidad local dada. ¿Cómo pueden coexistir dos o más spp que son muy similares entre sí? ¿Por qué hay tantas spp de animales? (Preguntas de Hutchinson) Se suponía que la competencia entre las spp era la fuerza más importante que determina la estructura de las comunidades ecológicas. Para la escuela macarthuriana la competencia interespecífica era la fuerza principal que determinaba la estructura de las comunidades ecológicas. Por exclusión competitiva dos spp con similares requerimientos ecológicos no podrían coexistir, por lo tanto dos spp similares tienden a divergir morfológica y funcionalmente al coexistir, determinando la composición de spp y la estructura de las comunidades ecológicas. Principio de exclusión competitiva de Gause: Las spp con requerimientos ecológicos parecidos no pueden coexistir al mismo tiempo en el mismo sitio. Teoría de la biogeografía de islas (MacArthur y Wilson 1963 1967): * Islas de mayor tamaño, biotas con mayor número de spp. 

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Equilibrio insular: el número de spp presente en una isla resulta del equilibro entre las tasas de inmigración y de extinción, como consecuencia el número de spp en una isla permanece constante y es función de dos características básicas de la isla: 1) Su tamaño: determina la magnitud de la tasa de extinción (entre más grande es la isla menor es la tasa de extinción) y 2) La distancia al continente, que fija la tasa de inmigración de nuevas spp (mientras más cerca está la isla del continente mayor es la inmigración). Aunque el número de spp permanece relativamente constante, la composición de spp varía como consecuencia de la extinción y la inmigración.

Macroecología: programa de investigación sobre los patrones de organización de los ensambles de spp a los niveles regional y continental.  

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Es el estudio de la repartición del alimento y el espacio entre las spp a grandes escalas espaciales. Estudio de los patrones y procesos ecológicos a grandes escalas, aplicando el concepto de repartición de recursos de la ecología de comunidades, para explicar patrones de composición y estructura de conjuntos de spp en escalas regional y continental. Objeto de estudio: ensambles de spp a diferentes escalas desde local, regional, continental, y mundial. Unidad de estudio: especies. Variables: atributos de las spp, como área de distribución, densidad poblacional y masa corporal.

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Con las herramientas de la macroecología también se pueden analizar atributos de los ensambles de spp como riqueza de spp, diversidad de spp y diversidad ecológica. Es posible analizar los cambios en la composición y estructura de estos ensambles a diferentes escalas y diferentes sitios, permitiendo el análisis de patrones tales como la diversidad beta, los patrones de anidamiento de spp y la similitud entre sitios. Es una disciplina observacional y no experimental.

Ej.: En relación con los estudios de distribución de tamaño corporal de los mamíferos, los patrones observados no son aleatorios, existe algún elemento que determina la existencia de un tamaño óptimo, coincidente con la categoría modal. La distribución de frecuencias a escalas locales es más homogénea que a escalas regionales o continentales. Porque la competencia a nivel local tendería a evitar la coexistencia de spp de talla similar debido a la acción de la exclusión competitiva, de esta manera aunque existe un pool numeroso de spp con un peso modal solo unas pocas de estas spp podrían existir en los mismos sitios, este proceso selectivo de tamaños eventualmente produciría que las distribuciones de frecuencias locales fueran más homogéneas que las existentes para faunas continentales, que son unimodales sesgadas a la derecha (es decir que hay mayor cantidad de spp pequeñas) en el caso de mamíferos de américa del norte. Los patrones de frecuencias de distribución parecen mostrar que en los niveles locales las interacciones ecológicas tienen una influencia más fuerte mientras que a escala regional y continental los factores históricos podrían tener pesos mayores. Relación entre la distribución de las spp y el tamaño corporal: Las spp pequeñas tienden a estar geográficamente más restringidas que las de mayor talla.

Escalas y diversidades alfa beta y gamma Wittaker realizo estudios en gradientes altitudinales de diversidad vegetal en montañas. Propuso que la riqueza de spp de un paisaje (diversidad gamma) resulta de la combinación de dos tipos de diversidad: diversidad alfa (número de spp a nivel local) + diversidad beta (diferencia en la

composición de spp entre las localidades). Ejemplificando con su estudio: la diversidad gamma era el total de spp a lo largo del gradiente altitudinal, la diversidad alfa era el número de spp en cada parcela de 0.1 hectáreas situadas en diferentes puntos del gradiente, y la diversidad beta era el cociente entre div gamma y div alfa (b= g/a) Diversidad alfa y beta es de comunidades. Diversidad gamma es de ensambles (conjunto de comunidades). Al estudiar la diversidad total en cada uno de sus componentes (alfa y beta) es más fácil detectar los factores que afectan a esta diversidad. La diversidad beta es el enlace entre la diversidad local y la regional. La diversidad alfa se asocia con factores ambientales locales y con interacciones poblacionales (en particular la competencia interespecífica); la diversidad beta está determinada por factores como la distancia entre localidades de muestreo y la heterogeneidad ambiental a lo largo del gradiente. Ejemplo de Mexico: determinado como megadiverso, tiene diversidades locales bajas (alfa) pero tiene diversidad beta alta, y esto determina que la diversidad gamma tambien sera alta. Esto esta dado porque se encuentran floras y faunas muy diferentes en distintos sitios del pais, entonces el conjunto total de especies es muy rico. 

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Región 1: tiene alta diversidad alfa (hay 6 spp en cada uno de los sitios). Región 2 y 3 presentan baja diversidad local (un promedio de 2 y 3 spp por localidad, respectivamente). A nivel regional, tanto la region 1 como la 2 tienen la misma riqueza de especies gamma (6) debido a que la region 2 tiene mayor recambio (div beta mayor) porque la composicion de spp es diferente de una localidad a otra. La región 3 tiene una baja diversidad gamma (3) porque las mismas spp se encuentran en los 4 sitios. Mexico es semejante a las región 2.

Problema SLOSS: Cuando hay mucha diversidad beta (region 2) es conveniente realizar areas de reserva pequeñas y abundantes; cuando hay poca diversidad beta es conveniente realizar una reserva grande (region 1 y 3). Diversidad beta: relacionada con otras propiedades de los ensambles de spp como el patron de anidamiento, la similitud biogeográfica entre los sitios y la complementariedad para el diseño de sistemas eficientes de áreas para la conservación. Anidamiento: Las comunidades menos ricas en spp se encuentran anidadas dentro del conjunto de las mas ricas (Las biotas grandes contienen las mismas spp que las pequeñas pero incluyen spp adicionales que no se encuentran en todos los ensambles pequeños) El grado de anidamiento es inversamente proporcional a la diversidad beta. La region 3 presenta un anidamiento perfecto: las dos spp a y b que se encuentran en las dos localidades con menor riqueza (parte inferior) también estan presentes en las localidades más ricas en spp (parte superior). Finalmente, la región 1 también presenta un patrón anidado perfecto, ya que las mismas spp están presentes en los 4 sitios. En cambio, la region 2 (alta diversidad beta) presenta un patron no anidado, ya que existen especies b c y f que estan presentes en los sitios más pobres en spp y que no se encuentran en el más rico en spp. Complementariedad: Dos sitios son complementarios entre ellos si las spp que se encuentran en uno de los sitios tienden a no encontrarse en el otro, de tal manera que para completar una fauna o flora regional sea necesario tomar en cuenta los dos sitios. Es directamente proporcional a la diversidad beta. Un sistema eficiente de reservas es aquel que logra proteger el mayor numero de spp con el menor numero de sitios. Reglas para encontrar un sistema eficiente: 1) de una region se elige el sitio con la máxima riqueza de especies. 2) de la base de datos se eliminan todas las spp presentes en el primer sitio y se escoge el sitio con el mayor número de spp de este conjunto complementario. 3) se eliminan las especies presentes en el segundo sitio y se continua el proceso hasta que dentro del sistema de sitios esten comprendidas todas las spp de la región. En un conjunto perfectamente anidado como la region 3 basta la region de mas alta diversidad de spp para incluir la totalidad de la fauna o flora. En regiones con baja diversidad beta como la 1, una o pocas reservas son suficientes para incluir a la totalidad de spp. En el caso de regiones con alta diversidad beta y bajo anidamiento, como la 2, se necesitan varias reservas para incluir la totalidad de spp, ya que existe alta complementariedad entre sitios. Particularidades metodológicas de la ecología geográfica y la macroecología: 1) Las unidades de estudio generalmente son spp. Las variables que se analizan son propiedades de las spp, tales como el área de distribución, la densidad local o el tamaño corporal promedio. También se analizan propiedades de las comunidades o ensables, tales como la riqueza de especies o la diversidad ecológica. 2) Generalmente se estudian patrones de distribución estadística de estas variables.

3) La mayoría de los estudios se enfocan a escalas espaciales y temporales grandes. 4) Se trata de disciplinas que usan tanto las observaciones empíricas como la teoría. Se aplican tanto los métodos inferenciales como los deductivos. 5) La aplicación del metodo experimental es limitada, casi todas las investigaciones se basan en observaciones y análisis de patrones en la naturaleza. 6) Como consecuencia de lo anterior, los métodos estadísticos más empleados son modelos nulos y no los métodos tradicionalmente usados en la ciencia experimental, como el análisis de la varianza. Aplicaciones: Los estudios enfocados en el entendimiento de las áreas de distribución de especies individuales se han aplicado en las siguientes áreas: 1- Para comprender el patrón de distribución natural de especies de importancia comercial. 2- Para predecir posibles áreas de influencia de spp invasoras 3- Para prever las modificaciones en el área de distribución que podrían provocar los cambios climáticos globales. Alfa y gamma: para conservacion de spp y para relacionar la biodiversidad con condiciones ambientales. Beta: para conocer la heterogeneidad del paisaje y para la elaboración de areas protegidas. En una escala temporal, para analizar la tasa de cambio de las comunidades vegetales a lo largo de una sucesión ecológica Identificacion de spp vulnerables a la extincion: para ello se deberia establecer el tamaño minimo (MVP) que debe tener una poblacion de esa spp para garantizar su viabilidad a mediano y largo plazo, este metodo es costoso en terminos de tiempo y dinero, por lo que se utiliza para spp que estan en situaciones criticas y se usan otros procedimientos para especies en posible riesgo....